楊帥 王昊毅 張杰 宋春東 丁坤 馬彥華

摘要：在面臨化石能源枯竭和環(huán)境保護問題上，各國將生物質能的開發(fā)利用視為解決資源問題及減少污染的有效途徑。這必將使生物質能的開發(fā)利用發(fā)展迅速。為此，本文概述了國內外生物質能開發(fā)利用的現(xiàn)狀，以及展望了我國生物質能開發(fā)利用的前景。

關鍵詞：生物質能;開發(fā)利用;前景

生物質能是太陽能以化學能形式儲存在生物質中，是以生物質為載體的能量[1]。正當世界面臨能源短缺危機與環(huán)境污染問題，各個國家都高度重視以可再生、化石能源替代為核心的生物質能的發(fā)展。通過物理、化學、生物等方法可以將生物質轉化為固、液、氣態(tài)，用于發(fā)電、生物質液體燃料和成型燃料等[2]。

目前，我國的能源消耗依然以煤炭為主，隨著經濟的快速發(fā)展，我國能源消耗日益劇增[3]。然而我國能夠用來開發(fā)利用的生物質原料很多都被直接廢棄，因此合理地利用生物質能，能夠緩解我國能源緊張問題，促進資源的循環(huán)利用以及減少環(huán)境污染，是調整中國能源消費結構的主要目標[4]。

1 生物質發(fā)電技術

生物質發(fā)電被認為是“零排放”的電力能源。生物質發(fā)電技術主要有三種形式：生物質直接燃燒發(fā)電、沼氣發(fā)電和生物質氣化發(fā)電[5]。

1.1 生物質直接燃燒發(fā)電

生物質直接燃燒發(fā)電技術是指將秸稈、樹枝類木質纖維素等直接送入特殊燃燒室內燃燒，利用燃燒過程中產生的熱氣流或高壓蒸汽發(fā)電。直接燃燒發(fā)電技術具有處理系統(tǒng)直觀、風險小和投資少等優(yōu)點[6]。

近幾年來，我國在生物質直接燃燒發(fā)電產業(yè)化方面也取得了很大的進展。國內生物質電站應用最多的是循環(huán)流化床爐和水冷振動爐排高溫高壓生物質料鍋爐。2011年，臨沂工程作為國內新一代生物質直燃發(fā)電工程的示范代表項目，以樹皮、枝椏等為燃料，采用水冷振動爐排高溫高壓生物質燃料鍋爐，取得了良好的經濟效益[7]。此外，山東電力工程咨詢院有限公司作為我國生物質直接燃燒發(fā)電技術的引領者，不斷開拓創(chuàng)新生物質直接燃燒發(fā)電技術。

目前，生物質直接燃燒發(fā)電作為最常用的生物質發(fā)電技術，技術已基本成熟，將是未來生物質發(fā)電產業(yè)中發(fā)展規(guī)模最大的部分[8]。

1.2 沼氣發(fā)電

沼氣發(fā)電是利用有機廢棄物，經過厭氧發(fā)酵處理使其產生沼氣，并以此來驅動沼氣發(fā)電機組進行發(fā)電，該技術綜合能源利用率達到80%以上[9]。

在我國，沼氣行業(yè)的發(fā)展關注程度不斷增高?！?018年中國生物質發(fā)電產業(yè)排名報告》中顯示，我國2018年沼氣發(fā)電項目共136個，裝機總量達49.9萬千瓦，發(fā)電量達22.13億千瓦時，上網電量19.25億千瓦時[10]。預計到2020年，國內沼氣年應用總量將會實現(xiàn)440億立方米，農村沼氣應用量將會實現(xiàn)300億立方米[11]。

從我國沼氣發(fā)展的現(xiàn)狀看，由于沼氣發(fā)電具有對環(huán)境友好、安全穩(wěn)定等諸多優(yōu)點，在我國迅速發(fā)展的道路上，將為國家清潔能源和環(huán)境保護事業(yè)做出不可磨滅的貢獻。

1.3 生物質氣化發(fā)電

生物質氣化發(fā)電是指基于熱化學轉換原理將固態(tài)生物質氣化，生成可燃性氣體，再通過外燃機或內燃機做功發(fā)電[22]。生物質氣化發(fā)電技術成熟、靈活，對環(huán)境友好，大大減少了CO2和SO2等污染物排放，并且發(fā)電規(guī)模較小時經濟性較好、成本低、易回收[12]。

生物質氣化發(fā)電推進之初，學者們和電廠主要使用氣化爐、內燃機或燃氣輪機進行研究及生產，該類型氣化發(fā)電工藝簡單，處理對象廣泛。目前伴隨著研究人員不斷探索，使得發(fā)電功率和發(fā)電效率增加。

作為高效清潔的現(xiàn)代化生物質能利用方式，生物質氣化發(fā)電具有良好的發(fā)展前景，并且生物質氣化發(fā)電技術非常適合農村偏遠、分散地區(qū)，這對于補充我國能源供應具有重要意義。但是存在的問題仍然不可無視，例如，現(xiàn)發(fā)電技術欠成熟、發(fā)電系統(tǒng)效率低（一般不足18%）、氣化發(fā)電成本高，以及焦油含量偏高的生物質氣化產生的氣體會造成二次污染。因此，我國應該積極吸取國外先進技術，選擇合適催化劑，提高生物質氣化發(fā)電時燃氣產率，并結合中國國情，開發(fā)出氣化發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的設備和技術[13]。

2 生物質液體燃料技術

生物質液體燃料作為可替代石油燃料的能源產品，主要包括燃料乙醇、生物柴油、生物質裂解油等[14]。

2.1 燃料乙醇技術

目前制取燃料乙醇最主要的方法是生物質發(fā)酵法，不同的生物質原料采取的生產工藝有所不同，碾磨、液化以及糖化工藝主要用于含有淀粉的生物質（一代燃料乙醇），預處理和水解用于木質纖維素類生物質（二代燃料乙醇）[15]。

2002年燃料乙醇產業(yè)應運而生。目前我國是世界上第三大生物燃料乙醇生產國和應用國?！吨袊I(yè)生物技術白皮書暨中國生物工業(yè)投資分析報告2017》指出，我國燃料乙醇產量有望迎來廣闊增長空間。2018年4月，國家能源局在京已將生物燃料乙醇產業(yè)總體布局方案初步擬定完成，繼續(xù)規(guī)范有序地推廣生物燃料乙醇的應用[16]。

2018年我國主要燃料乙醇項目（見下表），其中采用玉米作為原料的乙醇產能100多萬噸，占生物乙醇總產能的70%以上[17]。

2.2 生物柴油

生物柴油是以廢棄油脂、油料作物等為主要原料，通過物理及化學反應制備得到的綠色能源[18]。目前，具有實際工業(yè)應用價值的生物柴油制備方法主要是酯交換法，其優(yōu)點在于，環(huán)境污染小、反應條件溫和、工藝成熟、通用性好、費用較低、產品性質穩(wěn)定、轉化率高等[19]。

我國在生物柴油領域的研發(fā)工作起步較早，上個世紀八十年代初期，專家學者著手從植物油中提煉生物柴油，開始了對生物柴油能源開發(fā)的初步探索[20]。2017年起，全國全面供應符合國Ⅴ標準的車用柴油（含B5生物柴油），2018年，生物柴油已經在上海地區(qū)全市近200個加油站提供[21]。

生物柴油，已經被公認為礦物柴油的合適補充，具有原料來源豐富、清潔衛(wèi)生以及可再生等優(yōu)點。對資源循環(huán)利用，解決能源緊張和生態(tài)環(huán)境問題有十分重要的意義。

2.3 生物質熱裂解技術

熱裂解技術是在惰性氣氛下，利用熱能使生物質大分子鍵斷裂，不斷轉變?yōu)樾》肿拥倪^程?？焖贌崃呀饧夹g具有操作簡單和轉化高效等優(yōu)點，在生物質領域得到了很好的發(fā)展與應用[22]。

國內企業(yè)界與科技界聯(lián)合進行了生物質流化床熱解裝置的建設，安徽易能生物能源有限公司引進中國科學技術大學的生物質流化床熱解技術，建成了自熱式生物質熱裂解示范裝置。廣州迪森集團公司建成了千噸級生物質熱解工業(yè)示范裝置。蕪湖市恒久再生能源有限公司，發(fā)明了一種生物質多單元連續(xù)熱裂解集成系統(tǒng)。

我國建成的生物質熱解裝置已達數十套，生物質熱解的能源轉化效率可達60%以上。但由于大部分熱解裝置都以生物油為目標產品，而生物油的推廣應用還存在一定困難，從而使得目前已建成的裝置均未實現(xiàn)長期連續(xù)穩(wěn)定運轉[23]。

3 開發(fā)利用生物質能的前景

我國生物質能產業(yè)在一系列政策引領下不斷發(fā)展壯大，經歷了從無到有，從小到大，從弱到強的成長之路。我國一系列的規(guī)劃和政策表明我國大力發(fā)展生物質能的迫切性，而面對能源的需求量增長，農業(yè)污染嚴重等問題，我國確實應該相較于任何其他國家都要注重生物質能的開發(fā)與利用。我國應該在技術上創(chuàng)新，政策上支持，不斷完善結構，積極借鑒他國經驗，按照我國生物質能源基本國情，去探索一條屬于自己的特色生物質能源發(fā)展道路。

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作者簡介：楊帥（1995—），男，漢族，內蒙古赤峰人，碩士，研究方向：草原畜牧業(yè)裝備制造。

*通訊作者：馬彥華（1979—），女，蒙古族，遼寧人，教授，碩士生導師，研究方向：草原畜牧業(yè)裝備制造。